Institutsbericht 2010/2011 - Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik ...

In Abb. 15.2 sind die Messvolumina beider
Lidarsysteme und des Meteorradars schematisch
dargestellt. Während die Lidars sehr enge
Sichtfelder haben, die Durchmesser betragen in
85 km Höhe nur 15 bzw. 33 m, misst das Radar
in einem sehr viel größeren Volumen, der
Durchmesser des Sichtfeldes beträgt in der gleichen
Höhe 170 km. Im Verlauf einer Kampagne
im Januar 2009 wurden während mehr als
40 Stunden gemeinsame Lidar-Windmessungen
durchgeführt. In Abb. 15.3 sind für die Messung
in der Nacht vom 26. auf den 27. Januar die Vertikalprofile
des Zonalwindes gezeigt, wie sie von
beiden Lidarinstrumenten unabhängig voneinander,
unter Nutzung verschiedener physikalischer
Prinzipien, bestimmt wurden. Der Vergleich
der beiden Windprofile ist sehr gut: Im
Überlappungsbereich zwischen 79 und 83 km
sind die beiden Windprofile im Rahmen der
85 km
33 m
170 km
90°
SKiYMET meteor radar
2 km
15 m
ALOMAR observatory
Abb. 15.2: Schematische Darstellung der Messvolumina
der Windlidars auf ALOMAR (grün – RMR-,
orange – Na-Lidar) und des Meteorradars (blau)
1
Fehlerbalken gleich. Dieser exzellente Vergleich zeigt, wie gut beide Lidarinstrumente absolute
Windgeschwindigkeiten messen können. Die Kombination beider Instrumente erlaubt, die Windumkehr
bei etwa 82 km Höhe zu erfassen. Während der längsten Messung in der Nacht vom 22.
auf den 23. Januar wurde mit dem NWT der Meridionalwind gemessen. Im Verlauf dieser Messung
wurden ausgeprägte Wellenstrukturen im Meridionalwind beobachtet. Abb. 15.4 zeigt die Abweichung
des Meridionalwindes vom mittleren Windprofil des betrachteten Zeitraums. Deutlich sind
Wellenstrukturen zu erkennen, deren Amplituden mit der Höhe zunehmen. Ihre vertikalen Wellenlängen
und Phasenlagen variieren im Verlauf der Messung. Die Abnahme der vertikalen Wellenlänge
im Höhenbereich 60 – 85 km kann durch die beobachtete Änderung des Hintergrundwindes
(nicht gezeigt) erklärt werden. Diese beiden Beispiele zeigen, dass durch die Kombination zweier
Lidars, deren Messmethoden auf verschiedenen Streumechanismen beruhen, ein sehr großer durchgängiger
Höhenbereich der mittleren Atmosphäre mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung
abgedeckt werden kann. Zukünftig sollen weitere gemeinsame Messungen durchgeführt und auch
Radar-Windmessungen mit höherer horizontaler Auflösung für Vergleiche hinzugezogen werden.
Altitude (km)
100
90
80
70
26./27. 01. 2009 17:05–2:30
ECMWF
18 UT
Na lidar
ECMWF
0 UT
60
RMR lidar
ECMWF
6 UT
50
-100 -50 0 50 100
Zonal wind speed (m/s)
Altitude (km)
110
100
90
80
70
60
50
40
30
meridional wind deviation
20 21 22 23 0 1 2 3 4 5
Time on 22./23. 01. 2009
50
40
30
20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50
Wind speed deviation (m/s)
Abb. 15.3: Vertikales Profil des mittleren Zonalwindes
zwischen 50 und 100 km Höhe in der Nacht
10
26./27. Januar 2009 zwischen 17:00 und 2:30 Uhr,
gemessen mit dem NWT. Die Messungen von
RMR-Lidar (blaue Fehlerbalken) und Na-Lidar (rote
Fehlerbalken) passen sehr gut zusammen.
Abb. 15.4: Zeit-Höhen-Schnitt der Abweichung
des Meridionalwindes für die Messung in der Nacht
2
22./23. Januar 2009, gemessen mit dem NWT. In
beiden Datensätzen sind Wellenstrukturen sehr gut
erkennbar, ihre Maxima sind mit schwarzen Linien
hervorgehoben.
63